直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

级联储能变换器直流链纹波电流的抑制策略

储能系统既能作为电源,又可以作为负荷,在微网中起着双向调节的重要作用。随着微网中储能技术的应用,级联多电平变换器作为一种新颖的储能功率调节系统(PCS)开始被广泛研究。级联储能变换器的H桥直流链电流包括直流分量与纹波电流分量,纹波电流分量会对电池储能系统性能产生不利影响。论文首先研究了H桥直流链电流中纹波电流形成的机理,建立了H桥纹波电流电路模型,研究了直流链纹波电流的传输特性与影响因素;在此基础上提出了基于直流有源滤波器(DC-APF)的级联储能变换器电路拓扑,研究了利用直流有源滤波器抑制H桥直流链纹波电流的控制策略,最后通过仿真显示了该方法的有效性。     

直流微电网运行控制策略

以光伏发电、储能装置、网侧变换器、直流负荷构成的直流微电网为研究对象,考虑孤岛和并网2种运行方式,设计系统4种工作模式,研究该微电网的运行控制策略。提出锂电池自适应调节下垂系数的控制策略,优化不同条件下电池的输出功率,提高电池和系统运行效率;光伏变换器采用变步长电导增量法进行最大功率跟踪;网侧变换器采用基于前馈解耦的电压电流环控制。该系统整合光伏发电和储能控制技术,能够在2种运行方式和4种工作模式间平滑切换,可以维持直流母线电压恒定,实现能量最优利用和系统稳定工作。实验结果验证了上述控制策略的可行性。     

基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在光伏储能系统中,负荷和分布式电源的波动以及投切等因素会引发直流母线电压产生波动,为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的稳定性,提出一种基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略,采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,有效地提高了系统的快速性和稳定性。通过引入开关序列近似实现定频控制,解决了传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题。实验结果表明基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效改善蓄电池电流纹波、抑制直流母线电压波动,提高光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力。     

直流微电网双向储能变换器的两带通滤波器二次纹波电流抑制与均分控制方法

含多双向储能变换器的直流微电网通过逆变器接入交流负荷时,会引起直流母线侧产生二次纹波电流,并影响变换器输出电流均分效果。对此,该文提出了双向储能变换器的两带通滤波器二次纹波电流抑制方法,解决了传统电压电流双闭环控制中因限制外环电压的截止频率引起的动态响应速度慢的问题,并增强了二次纹波电流抑制效果。提出了串联微调虚拟电阻的自适应下垂控制方法,减少了储能变换器间输出电压偏差,改善了并联均流效果。在允许的电压偏差范围内,分析了虚拟电阻对输出损失功率和环流的影响,并选取使二者之和达到最小值时合适的控制参数。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

电流源双向直流变换器的并联环流抑制方法

电池储能系统中可采用电流源型隔离双向直流变换器作为蓄电池与直流母线之间的接口。为解决多个电流源型隔离双向直流变换器挂接在母线上产生的并联环流问题,提出一种基于直流母线端口电容的并联环流抑制方法。首先基于变换器的直流母线端口导纳,分析得到并联系统稳定和并联模块间电流均衡的通用条件;进而针对电流源半桥变换器的结构特点与控制策略,以及基于通用平均模型得到的变换器的开环传递函数,结合下垂控制的控制框图,分析推导电池储能模块的直流母线侧端口导纳表达式;通过将变换器的端口导纳代入并联系统稳定和并联模块间的电流均衡条件,发现变换器内在的LC谐振结构是并联环流存在的重要原因;最后分析直流母线端口电容对端口导纳的影响。仿真结果验证了所提环流抑制方法的正确性。     

储能系统直流侧纹波电流对锂离子电池寿命影响分析及优化控制策略

针对储能系统直流侧纹波电流对磷酸铁锂电池寿命影响问题,通过分析磷酸铁锂电池寿命模型的变化机理和规律,发现纹波电流下影响磷酸铁锂电池寿命的关键因素是电池充放电状态期间的电流平均值而非电流有效值,电池充放电状态期间电流的平均值越大,电池老化程度越快,并通过设计仿真以及实验验证了所发现的规律。基于该规律可优化储能系统安全经济运行的控制策略,在电网不平衡时采取抑制交流侧功率波动而放宽直流侧功率波动的控制策略,并在光储系统恒定有功功率并网时,基于电池老化特性曲线和储能系统并网谐波含量符合要求下,提出了一种延长储能电池使用寿命的多储能变流器协调控制策略,与传统控制策略相比,可减缓电池老化速度的19.8%。     

柔性直流双向变换器及其控制策略研究

研制了一种柔性直流配电储能式双向DC-DC变换器,在直流母线和储能装置间建立双向功率通道,以解决配电网母线电压波动大的问题。设计两相Buck-Boost交错并联结构,采用新型数字式精确恒压、恒流、恒功率控制策略,提高了变换器输出侧频率和稳态特性。试验表明,双向变换器在不同工作模式下均能正常工作,并可实现工作模式灵活切换以及自动恒压、恒流功能,通过对交错并联电感电流的均衡控制,保证了变换器高效大功率和低纹波的输出,在实际配电系统实验中验证了该变换器可靠性。     

微电网中超级电容器储能系统的仿真研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,其在微电网中是提高电能质量的重要组成部分.设计了微电网中超级电容器储能系统,在此基础上重点阐述了双向DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理以及双重移相脉冲下电压外环电流内环的双闭环控制策略.最后在Simulink/MATLAB平台实验验证了在该控制策略下储能系统能够很好的维持直流侧母线电压和网侧电流的稳定性.     

链式储能系统电池侧二次脉动功率的抑制方法

链式变换器的电路结构适合应用于电池储能领域,然而单相变换器的本质决定了电池组与电网能量交换时有二次脉动功率,这将危害电池组的寿命。为了抑制传统链式储能系统电池侧的二次脉动功率,在电池与链式变换器之间插入一级双向升降压变换器,构成双级链式变换器。本文对比分析了传统单级链式与双级链式变换器在电池侧的功率脉动情况,提出双级链式变换器的控制策略,通过控制中间直流电容的电压纹波缓冲电池侧的功率脉动。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

120kW电池储能系统双向DC/DC变换器的研究

在电池储能系统(BESS)单级PCS基础上引入双向DC/DC变换器(BDC),实现多路电池组的并联运行。根据大功率场合及储能电池充放电特点,对120 kW电池储能系统中的BDC进行了设计。阶段式充放电模式及双闭环控制策略为储能电池组提供了安全、灵活、可靠的充放电解决方案。仿真结果表明:所提出的控制策略具有较高的控制精度,系统具有理想的直流纹波系数。     

面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 k W的实验样机并进行了实验验证。     

双直流母线直流微电网的协调控制

为便于不同电压等级的直流负荷接入直流微电网,设计了基于双直流母线构架的直流微电网协调控制策略。双直流母线直流微电网由2电压等级不同的独立直流微电网通过双向DC/DC变换器连接构成。将锂电池超级电容组成的混合储能系统应用于直流子网中,并根据双向变换器两侧子网的电压–功率下垂特性,对两侧电压进行了归一化处理,提出了适用于连接2直流子网的双向DC/DC变换器下垂控制;最后,通过d SPACE验证了系统协调控制策略的可行性。实验结果表明,此控制策略可以根据2直流子网电压大小有效控制子网间的功率传输,实现了整个系统功率的平衡,提高整个系统的运行可靠性。     

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

以提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力为目的,提出了一种针对双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据直流母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。最后通过仿真与实验：在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,该策略均可实现储能单元的充放电无缝切换,维持母线电压稳定。     

电压不平衡时交直流双向功率变换器的控制策略

基于传统双环控制的三相AC/DC变换器因其能实现功率双向流动、交流侧单位功率因数运行而在交直流混合微电网中担当链接桥梁的作用。当混合微电网交流侧电压不平衡时,三相AC/DC变换器的直流电压将产生2倍于基波频率的脉动,并导致交流电流产生大量的3次谐波分量,严重影响微电网的运行。在同步旋转坐标下建立交流侧电压不平衡条件下的三相AC/DC变换器的数学模型,分析了系统在不平衡条件下的功率传输特性,改进了三相AC/DC变换器功率控制策略,同时利用超级电容快速充放电特性在直流母线接入一小容量的超级电容来平衡直流侧功率的二次波动。仿真和实验结果验证了所提策略的可行性。     

基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在含有分布式电源的直流微网系统中,分布式电源输出波动以及负荷投切等因素会造成直流母线电压产生波动。为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的快速性,该文提出一种基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制策略。采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,可以有效地提高系统的快速性。针对传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题,提出改进的控制算法,根据在线计算得到矢量作用时间,设计新的目标函数从而实现定频控制。仿真和实验结果表明,在独立光伏储能直流系统中,基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效地改善蓄电池电流纹波,抑制直流母线电压波动,增强系统的抗干扰能力。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

基于双向接口变换器的混合微电网交直流母线电压统一控制策略

交直流混合微电网中,交流电压不平衡引起的接口变换器瞬时功率脉动以及单相交流负荷并入直流微电网导致的直流电压二倍频脉动,影响混合微电网正常运行。针对上述问题,建立了双向接口变换器ab坐标系下的数学模型,分析了不平衡工况下交流子网以及直流子网单相逆变负荷的二倍频功率传输特性,在此基础上,通过在双向接口变换器直流侧引入降压型波动功率补偿电路,详细设计了基于改进型双向接口变换器的交流不平衡电压及直流二倍频脉动电压统一控制策略。对补偿电路电容容量进行定量分析,使双向接口变换器可以在较小直流母线电容容量情况下,利用自身功率余量同时补偿交流不平衡电压与直流二倍频脉动电压,仿真证明了所提控制策略的有效性。     

用于微电网储能装置的新型双向变流器

双向变流器作为储能装置和高压直流母线的接口,是微电网中必不可少的组成部分。为了更好地解决微电网的功率不平衡问题,提出一种用于微电网储能装置的新型双向变流器。在高压侧将三电平电路集成到一对交错半桥双向电路中,可以同时实现电压增益高和器件应力低;在低压侧采用两相交错的方式,能有效减少储能侧的电流纹波,并使内置变压器两侧电压匹配,从而减小循环电流;采用移相控制策略,实现对功率流动的控制。最后,设计了一台低压侧电压40～60 V、高压侧电压400 V、额定功率1 kW的样机进行实验验证,理论分析结果与实验结果一致地证明了所提出变流器的可行性。